아낌없이 주는 나무

1. 공유결합

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가. 공유결합이란 ?

원자들이 각각 전자를 내 놓아 전자쌍을 만들고, 이 전자쌍을 공유함으로써 형성되는

결합으로 오비탈의 겹침에 의해 원자 핵 사이에 전자밀도가 집중되어 형성된다.

공유결합은 원자 오비탈 겹침에 의하여 형성되고 각 오비탈은 반대 스핀의 한쌍의 전자

를 포함한다. 이 때 각 결합한 원자의 오비탈은 그 상태를 유지하되 겹침 오비탈의 전자쌍

은 두 원자에 의하여 공유한다.

시그마 결합 (σ)

파이 결합 (π)

화합물의 화학식에는 종류가 많다.

아세트산의 화학식의 종류는 분자식, 실험식, 시성식, 구조식, 이온식 등 표기방식이 있다.

화학식은 분자식 보다 넓은 의미이다.

화학식은 분자식과 같은데 분자 이외에도 이온 화합물까지 표현하는 방식이다. NaCl 등...

즉, 특별한 작용기가 없는 화합물은 분자식으로, 작용기가 있는 화합물의 화학식은 시성식으로

표기한다. 결국 화학식은 그 화합물이 정확하게 어떤 작용을 하는가를 표현하는 방식이다.

그럼 아세트산의 화학식은 ?

분자식은 C2H4O2이지만 - COOH (카르복실기)의 작용기가 있으므로

아세트산의 화학식, 시성식은 CH3COOH 이다.

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[화학식의 종류]

   ① 분자식 : 각 원소별 갯수를 파악해 나열식으로 표현해 주는 방식

   ② 실험식 : 갯수가 아닌 갯수의 비율을 의미, 최대 공약수로 나누어 준다.

   ③ 시성식 : 작용기로 표시해 주는 방식

   ④ 구조식 : 구조식은 분자의 결합상태까지

   ⑤ 이온식 : 이온화 되었을 때의 전하량을 표시해 주는 것

 ※ 작용기란 특정한 성질을 보이는 원소들의 집합

     ex : COOH 카르복실기 ( 이 작용기가 있는 물질들은 공통적인 특징을 갖는다)

시성식(示性式, : rational formula)은 화학에서 화합물의 성질을 밝히기 위해 분자 내의 화학적 특성을 지배하는 원자단을

           쉽게 알 수 있도록 나타낸 화학식이다. 분자 속에 있는 작용기의 종류, 수, 결합의 순서 등을 나타낸다. 예를 들면,

           에탄올의 분자식은 C2H6O이고, 시성식은 C2H5OH이다.

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제 1류 위험물

   NaClO2 아염소산나트륨

   KClO3 염소산칼륨

   KClO4 과염소산칼륨

   K2O2 과산화칼륨

   KNO3 질산칼륨

   NH4NO3 질산암모늄

   KMnO4 과망간산칼륨

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제 2류 위험물

   P4S3 삼황화린

   P2S5 오황화린

   P4S7 칠황화린

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제 3류 위험물

   P4 황린

   Ca3P2 인화칼슘

   CaC2 탄화칼슘

   Al4C3 탄화알루미늄

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제 4류 위험물

   C2H5OC2H5 디에틸에테르

   CS2 이황화탄소

   CH3CHO 아세트알데히드

   CH3CH2CHO 산화프로필렌

   C8H18 가솔린

   C6H6 벤젠

   C6H5CH3 톨루엔

   CH3COCH3 아세톤

   C5H5N 피리딘

   HCN 시안화수소

   CH3COOCH3 초산메틸

   CH3COOC2H5 초산에틸

   HCOOCH3 의산메틸

   HCOOC2H5 의산에틸

   CH3OH 메틸알코올

   C2H5OH 에틸알코올

   C3H7OH 프로필알코올

   C6H5Cl 클로로벤젠

   CH3COOH 아세트산

   HCOOH 포름산(의산)

   N2H4 히드라진

   C6H5NH2 아닐린

   C6H5NO2 니트로벤젠

   C2H4(OH)2 에틸렌글리콜

   C3H5(OH)3 글리세린

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제 5류 위험물

   CH3NO3 질산메틸

   C2H5NO3 질산에틸

   C2H4(ONO2)2 니트로글리콜

   C3H5(ONO2)3 니트로글리세린

   C6H2OH(NO2)3 트리니트로페놀

   C6H2CH3(NO2)3 트리니트로톨루엔

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제 6류 위험물

   HClO4 과염소산

   H2O2 과산화수소

   HNO3 질산

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소화약제

   NaHCO3 탄산수소나트륨

   KHCO3 탄산수소칼륨

   NH4H2PO4 인산암모늄

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#시성식 #화학식 #위험물 #프로필렌 #톨루엔 #페놀 #소화약제

1. 벤젠의 유도체들

벤젠 유도체는 대부분 벤젠에 달려 있는 수소 1개 또는 2개, 혹은 그 이상을 작용기로 치환

한 물질이다. 벤젠 유도체는 다양하지만 그 중 다음 것들을 기억해 두자.

가. 니트로 벤젠

   ⊙ 물 보다 밀도가 크다.

   ⊙ 담황색 액체이다.

나. 벤젠 술폰산

   ⊙ 강산이다.

다. 클로로 벤젠

라. 톨루엔

   ⊙ 산화하면 벤조산이 된다. (과망간산 칼륨 등을 이용)

마. 페놀

   ⊙ 리트머스지에 검출되지 않을 정도로 약한 산이다.

   ⊙ 염화철 (FeCl3 (간혹 FeCl2))과 반응하여 보라색(청색)을 띤다. (정색 반응)

바. 벤조산 (안식향산)

   ⊙ 카르복시산이다.

사. 아닐린

   ⊙ 약 염기성이다.

   ⊙ 벤젠 유도체 중 희귀한 염기성 물질이다.

아. 크실렌

   ⊙ 산화하면 프탈산이 된다.

자. 크레졸

   ⊙ 페놀의 성질을 나타낸다. (약산, 정색반응)

차. 살리실산

   ⊙ 무색의 바늘 모양 결정

   ⊙ 카르복시산이다.

   ⊙ 페놀의 성질과 카르복시산의 성질을 모두 나타낸다.

   ⊙ 이성질체가 존재하지만 이 모양만 살리실산이라 한다.

카. 프탈산

   ⊙ 카르복시산이다.

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<참고>

벤젠의 화학식은 C6H6이다.

벤젠의 화학식은 C에 비해 다른 원자가 유달리 적다.

이런 특이한 구조를 가진 물질은 벤젠 이외에는 거의 없다.

이를 응용하여 C가 6개 이상이고 H (혹은 다른 원자)가 유난히 적은 경우에는 이 구조식에는 벤젠 고리가 존재한다고 보면 된다.

이 때 벤젠의 치환기 1개 일 때는 C6H5, 2개 일 때는 C6H4 을 기본으로 하고 치환기를 생각하면 된다.

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2. 벤젠 유도체

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가. 벤젠의 치환반응

방향족(벤젠) 화합물에서 가장 중시해야 할 내용은 제법과 각 물질의 성질이다.

그 중에서 벤젠 유도체의 가장 간단한 제법인 치환반응을 알아 보자.

일반적인 벤젠의 치환반응은 다음과 같이 진행된다.

   위 그림의 치환방식을 이용하여 각각의 물질에 적용해 보자.

 ① 니트로화 (벤젠 + 질산 → 니트로벤젠 + 물)

   니트로 벤젠은 황색 액체이다.

 ② 술폰화(설폰화) (벤젠 + 진한황산 → 벤젠 술폰산 + 물)

  ③ 할로겐화 (벤젠 + 할로겐 → 할로겐화 벤젠 + 할로겐산)

   염소만 치환되는게 아니고 브롬 등 다른 할로겐 물질로 치환이 가능하다.

 ④ 알킬화

    R에는 여러 알킬기가 올 수 있다. 메틸기가 오면 톨루엔의 제법이 된다.

 ⑤ 그밖의 치환기

     벤젠이 아닌 벤젠의 치환체에 니트로화하는 경우이다.

     벤젠의 치환의 경우 O-, p- 위치 (2,4,6)에 붙는다.

  ㉠ TNT 제법

  ㉡ 피크린산 제법

    ⊙ 피크린산은 강산이며 황색 고체이다.

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나. 벤젠의 첨가 반응

  벤젠의 경우 첨가 반응을 거의 하지 않지만 촉매 (Pt, Ni)를 가하거나 자외선과 같은 강한 빛을 쏴 주면 첨가반응을 하게

  된다.

  첨가반응은 거의 대부분 아래 그림의 2가지 경우이다.

       이들 생성물은 탄소가 동일 평면에 있지 않다는 특징이 있다.

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3. 주요 벤젠 유도체

가. 페놀

   가장 간단한 벤젠 유도체 이다.

   가장 특성도 많고 볼 것도 많으며 중간 과정도 많은 벤젠 유도체이다.

<페놀의 제법>

   제법은 3개나 되고 복잡하지만 반드시 알아 두자.

 ① 쿠멘법

    쿠멘 (이소프로필 벤젠)의 중간 과정을 거치는 제법이다.

    아세톤을 부산물로 얻을 수 있다.

       쿠멘은 C9H12와 같이 나오는 경우도 있다.

 ② 벤젠 술폰산의 알칼리 융해

   알칼리 융해란 여러가지 유기화합물을 고체의 수산화 알칼리와 함께 가열 · 유해하여 변화시키는 과정을 말한다.

   여기서는 고체 NaOH를 이용한 알칼리 융해를 통해 나트륨 페녹시드를 얻고 이산화탄소를 가해

    약산인 페놀을 유리시킨다.

 ③ 클로로 벤젠 이용

     클로로 벤젠을 NaOH 수용액에서 고온, 고압을 통해 나트륨 페녹시드를 얻고 이산화탄소를 가해

     약산인 페놀을 유리시킨다.

나. 벤조산 (안식향산), 프탈산

     ① 벤조산 : 알킬벤젠의 산화

     ② 프탈산 : 디알킬 벤젠의 산화

     라고 할 수 있는데 아래 그림과 같다.

 ① 벤조산

일반적으로 벤젠에 C가 직접 붙으면 대부분 산화 (KMnO4 등 이용)하면 벤조산이 된다.

그런데 알코올과 마찬가지로 벤젠 고리에 붙은 C에 직접 연결된 H가 없는 경우에서는 산화가 불가능하다. 벤조산은 카르복시산이다.

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② 프탈산

프탈산의 경우 치환기가 2개 이므로 프탈산 (O- 프탈산), 이소프탈산 (m-프탈산),

테레프탈산(p-프탈산) 3가지 이성질체가 존재한다. 제법은 벤조산과 비슷하나 크실렌을

사용하는 것에 차이가 있다.

공통 : 디카르복시산

프탈산 : 가열시 무수물을 만듬 (무수프탈산)

이소프탈산

테레프탈산 : 축합 중합의 원료 (페트병의 원료, 에틸렌 글리콜과 중합)

3. 살리실산

고온, 고압을 가하지 않으면 페놀의 제법과 같다. 살리실산 나트륨에서 Na가 COOH 쪽에만 붙은 것은 COOH가 페놀 보다 더 강한 산이다.

살리실산의 성질은 다음과 같다.

   ⊙ 페놀의 성질과 카르복시산의 성질을 둘 다 나타낸다.

   ⊙ 산의 세기는 카르복시산을 띤다.

   ⊙ 무색 바늘 모양의 결정

   ⊙ 염화철과 정색 반응

살리실산은 닉값을 좀 해서 약용으로 쓰는 아세틸살리실산과 살리실산메틸의 재료가 된다.

<아세틸 살리실산>

  ⊙ 아세트산을 무수아세트산을 이용해 아세틸화

  ⊙ OH가 없으므로 염화철과 정색반응을 하지 않음

  ⊙ 무색 바늘 모양 결정

  ⊙ 아스피린 (해열, 진통)

<살리실산 메틸>

  ⊙ 메탄올과 물 분자 하나가 빠져 나오면서 결합

  ⊙ OH가 있으므로 염화철과 정색 반응

  ⊙ 카르복시산은 아님

  ⊙ 파스 (소염, 진통)

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4. 방향족 아민

방향족 아민은 벤젠 고리에 NH2가 붙은 유기화합물이다.

아미노기가 붙어 있는 방향족 아민은 염기성을 나타낸다.

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가. 아닐린의 제법과 성질

   아닐린 니트로벤젠을 Sn으로 환원시켜 만든다.

   주석을 환원제로 사용하는 가장 대표적인 사례가 아닐린 제법이다.

<아닐린의 성질>

   ⊙ 염기성이다.

   ⊙ 검출반응 1. 표백분과 보라색으로 정색 반응

   ⊙ 검출반응 2. K2Cr2O7 로 산화 (아닐린 블랙)

아닐린은 아세틸화하면 아세트아닐리드 라는 물질이 되며 해열, 진통제로 쓰인다.

나. 아조 화합물

   아조기 : - N = N -

   디아조늄 이온 : R - N+ ≡ N

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 ① 디아조화

          디아조화이므로 3중 결합을 한다.

 ② 아조 커플링 (디아조커플링, 커플링)

      위 반응과 이어진 것이다. 디아조늄화합물 + 방향족 화합물에서 아조화합물이 되는 반응을 커플링이라고 한다.

   가장 대표적인 파라히드록시 아조벤젠의 제법이다. 삼중결합이 아니고 이중결합이라는 점을 명심하자.

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5. 유기혼합물의 분리

  유기혼합물의 분리는 대부분 벤젠 유도체의 분리가 대부분을 차지한다.

  주요형태는 다음과 같다.

파울리 배타 원리의 탄생

'자연은 반복을 용납하지 않는다.' 볼프강 파울리

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파울리 배타 원리의 요점

'어떤 두 페르미온은 동시에 동일한 양자 상태를 차지할 수 없다.' 파울리 배타 원리

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파울리는 "동일한 양자 상태에 두 개 이상의 전자가 존재할 수 없다"는 원리를 제안했습니다.

이것이 바로 '파울리의 배타 원리'입니다.

이 원리는 간단해 보이지만, 그 함의는 매우 깊고 광범위했습니다.

파울리의 배타 원리는 동일한 양자 상태에 두 개 이상의 전자가 존재할 수 없다.

자연상태에서는 동일한 상태가 반복될 수 없다는 이야기이다.

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그는 실험 데이터와 이론적 고찰을 결합하여, 당시 물리학계가 직면한 난제를 해결할 수 있는 새로운 원리를 제시했습니다. 이 원리는 단순하면서도 강력했고, 원자의 전자 구조를 설명하는 데 결정적인 역할을 했습니다.

파울리의 배타 원리는 주기율표의 규칙성을 설명할 수 있었고, 원자의 전자 구조에 대한 이해를 크게 향상시켰습니다. 또한, 이 원리는 양자역학의 발전에도 큰 기여를 했습니다.

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파울리 배타원리의 의미

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이 원리의 핵심은 "동일한 양자 상태에 두 개 이상의 전자가 존재할 수 없다"는 것이다.

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양자상태란 무엇인가 ?

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배타 원리를 이해하기 위해서는 먼저 '양자 상태'라는 개념을 이해해야 합니다.

양자 상태는 입자의 모든 물리적 특성을 나타내는 상태입니다. 전자의 경우, 이는 주로 네 가지 양자수로 표현됩니다

  ◈ 주 양자수 (n): 전자의 에너지 준위를 나타냅니다.

  ◈ 방위 양자수 (l): 전자 궤도의 모양을 나타냅니다.

  ◈ 자기 양자수 (ml): 전자 궤도의 공간적 방향을 나타냅니다.

  ◈ 스핀 양자수 (ms): 전자의 고유 각운동량을 나타냅니다.

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배타 원리의 의미

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배타 원리는 이러한 양자 상태와 관련하여 중요한 제약을 제시합니다.

이 원리에 따르면, 한 원자 내에서 4가지 양자수가 모두 동일한 2개의 전자는 존재할 수 없습니다. 다시 말해, 적어도 하나의 양자수는 달라야 한다는 것입니다.

이는 전자들이 서로를 '배타'한다는 의미에서 '배타 원리'라고 불립니다.

전자들은 마치 서로를 밀어내는 것처럼 행동하여, 같은 상태에 있는 것을 피하려고 합니다.

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배타 원리의 중요성

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배타 원리의 중요성은 다음과 같은 측면에서 찾아볼 수 있습니다:

1. 원자 구조 이해 : 배타 원리는 원자의 전자 배치를 설명하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 이 원리 덕분에 우리는 원자의 전자 껍질 구조와 주기율표의 규칙성을 이해할 수 있게 되었습니다.
2. 화학 결합 설명 : 배타 원리는 화학 결합의 형성을 이해하는 데도 중요합니다. 원자들이 어떻게 결합하여 분자를 형성하는지 설명하는 데 이 원리가 필수적입니다.
3. 물질의 특성 이해 : 배타 원리는 물질의 전기적, 자기적, 광학적 특성을 이해하는 데 도움을 줍니다. 예를 들어, 금속의 전기 전도성이나 자성 물질의 특성을 설명하는 데 이 원리가 사용됩니다.
4. 양자역학 발전 : 배타 원리는 양자역학의 기본 원리 중 하나로, 이 분야의 발전에 큰 기여를 했습니다. 이 원리는 페르미온(전자, 양성자, 중성자 등)의 행동을 설명하는 데 필수적입니다.

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배타 원리의 발견은 물리학과 화학 분야에 혁명을 일으켰습니다.

이 원리는 우리가 미시 세계를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸었고, 현대 과학 기술의 발전에 큰 기여를 했습니다.

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파울리 배타 원리의 탄생

'자연은 반복을 용납하지 않는다.' 볼프강 파울리

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파울리 배타 원리의 요점

'어떤 두 페르미온은 동시에 동일한 양자 상태를 차지할 수 없다.' 파울리 배타 원리

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파울리 배타 원리에 따르면, 같은 원자 또는 계 내의 두 페르미온(스핀이 1/2인 입자)은 동시에 모두 동일한 양자 상태를 가질 수 없습니다. 즉, 입자는 위치, 에너지, 스핀과 같은 모든 양자적 속성에서 구별되어야 합니다.

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파울리 배타 원리의 적용

'우주에서 입자의 수는 유한하다.' 파울리 배타 원리의 결과

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파울리 배타 원리는 물질의 성질과 구조를 이해하는 데 광범위하게 적용됩니다.

예를 들어, 이 원리는:

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⊙ 전자 배치 : 원자 내 전자는 파울리 배타 원리에 따라 서로 다른 에너지 준위를 차지해야 합니다.

이로 인해 원자의 화학적 성질이 결정됩니다.

⊙ 주기율표: 파울리 배타 원리는 원소가 주기율표에서 특정 위치에 배열되는 방식을 설명합니다.

⊙ 고체 상태 물리: 파울리 배타 원리는 고체의 전도성, 자기성, 열 용량과 같은 성질에 영향을 미칩니다.

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파울리 배타 원리를 수학적으로 표현하면 다음과 같습니다.

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  ▣ 페르미-디랙 통계 : 페르미온(스핀이 1/2인 입자)의 파동 함수는 반대칭이어야 합니다.

  ▣ 슬레이터 행렬식 : 이 통계를 만족하는 파동 함수는 슬레이터 행렬식으로 표현할 수 있습니다.

  ▣ 스핀 스태티스티크 정리 : 페르미온은 반대칭적 페르미-디랙 통계를 따르고, 보존은 대칭적 보스-아인슈타인 통계를

                                                따릅니다.

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파울리 배타 원리의 실험적 확인

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파울리 배타 원리는 여러 실험을 통해 실험적으로 확인되었습니다.

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  ▣ 슈테른-게를라흐 실험(1922) : 은 원자를 자기장에 통과시키면서 전자의 스핀 방향을 측정한 결과, 전자는 스핀 업

                                                       또는 스핀 다운 상태에 있는 것으로 나타났습니다.

  ▣ 헬륨 원자의 수소 스펙트럼(1925) : 헬륨 원자의 스펙트럼 분석 결과 두 개의 전자가 다른 에너지 준위를 차지하고

                                                               있음이 밝혀졌습니다.

  ▣ 알파 붕괴(1928) : 알파 입자(헬륨 원자핵)의 붕괴에서 방출되는 전자의 스핀은 반대 방향임이 관찰 되었습니다.

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이러한 실험은 파울리 배타 원리가 자연의 기본 법칙임을 확인하는 데 기여했습니다.

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#파울리 #pauli #배타원리 #오비탈 #전자 #양자수 #양자역학 #배타율 #양자

103. 탄소화함물의 특성을 설명한 것이다. 옳은 것은 ? ③

   ① 유기물은 연소하여 CO2만 생성한다.

   ② 이온결합성 물질로 전기가 잘 통한다.

   ③ 분자식은 같으나 구조가 다른 이성질체가 존재한다.

   ④ 모두 물에 잘 녹는 가용성이다.

  [풀이] 탄소화합물은 연소하면 CO2와 H2O가 발생하고, 공유결합성 물질로 비전해질이며 대부분이 물에 잘 녹지 않는

            불용성이다. (일부 가용성도 있음)

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104. 다음 중 지방족 화합물이 아닌 것은 ? ①

     ① C6H6        ② C2H4        ③ C4H4        ④ CH4

  [풀이] C6H6은 방향족 탄화수소이다.

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105. 펜탄(C5H12)의 이성질체의 수는 몇개인가 ? ②

   ① 2개             ② 3개             ③ 5개                 ④ 7개

  [풀이] 이성질체 : 분자를 구성하는 원자는 같으나 원자의 배열이나 구조가 달라 물리적 · 화학적 성질이 다른 탄화수소

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106. CH3 - CHCl - CH3 의 명명법이 맞는 것은 ?  ③ 

  ① di - methyl methane                 ② 1 - ethyl propane

  ③ 2 - Chloro propane                   ④ di - methyl - pentane

  [풀이] 2번째 CH에 Cl이 붙어 있으므로

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107. 포화 탄화수소에 대한 설명 중 옳은 것은 ? ④

   ① 기하 이성질체를 갖는다.               ② 첨가반응을 한다.

   ③ 2중 결합으로 되어 있다.                ④ 치환반응을 한다.

[풀이] 포화 탄화수소

  ㉠ 포화탄화수소는 탄화수소 중 가장 단순하여 단일 결합으로 구성되어 있으며 수소로 포화되어 있다.

  ㉡ 이중 결합이나 3중결합이 없는 지방족 포화탄화수소 및 지방족 고리 포화탄화수소로 되어 있다.

     ex : 파라핀계 탄화수소 (골격을 이루는 탄소원자가 사슬모양으로 결합, 알켄으로 명명), 나프텐계 탄화수소 (골격을

                                            이루는 탄소 원자가 고리모양으로 결합, 사이클로알켄으로 명명)

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108. CH2 = CH - CH = CH2 를 정확히 명명한 것은 ? ①

  ① 1, 3 - butandiene          ② 3 - butene        ③ 1, 3 - butane          ④ 1, 3 - di - methyl butene

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109. 다음 중 카르보닐기는 어떤 것인가 ? ③

    ① -OH         ② -CHO           ③ O              ④ - COOH

                                                     Ⅱ

                                                    - C -

   [풀이] ① : 알코올기 ② : 알데하이드기 ④ : 카르복실기

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110. 다음 중 에테르와 관계가 없는 것은 ? ①

      ① 물에 잘 녹는다.                      ② 산소 원자에 두 개의 알킬기가 결합되어 있다.

      ③ 휘발성이 강하고 증기는 인화성, 마취성이 있다.

      ④ 에틸알코올에 진한 황산을 가하여 130℃로 가열하여 얻는다.

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111. 다음중 방향족 화합물이 아닌 것은 ? ③

   ① 톨루엔            ② 나프탈렌              ③ 아세톤                  ④ 페놀

  [풀이] 아세톤은 지방족 탄화수소로서 케톤 (R - CO)류에 속한다.

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112. 벤젠의 구조에 관한 설명중 틀린 것은 어느 것인가 ? ①

   ① 6개의 C-C 결합 중 3개는 단일 결합이며, 나머지 3개는 이중결합이다.

   ② C-C 결합의 길이는 모두 같다.

   ③ 한 탄소 원자가 다른 두 탄소 원자와 형성하는 결합각은 120 ° 이다.

   ④ 같은 탄소수를 가진 사슬모양의 포화탄화수소 보다 8개의 탄소수가 부족하다.

 [풀이] 벤젠의 구조는 고리모양으로 된 공명결합으로 되어 있다.

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113. 에틸렌 계열 탄화수소에 속하는 것은 ? ①

   ① C3H6          ② C4H10           ③ C6H8            ④ C6H14

 [풀이] 에틸렌 계열 탄화수소의 일반식 = CnH2n

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114. 다음 화합물 중 물에 잘 녹는 것은 ? ②

  ① CH3COOC2H5       ② CH3 - CO - CH3        ③ CH3 - O - C2H5     ④ CHCl3

  [풀이] - OH, - CHO, - CO - , - COOH 가 있는 것은 대체로 물에 잘 용해된다.

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115. 다음 화합물중에 케톤에 속하는 것은 ? ④

  [풀이] 케톤은 R - CO - R'

116. 구조가 다른 3가지 물질과 다른 것은 ? ③

   ① 살리실산          ② 톨루엔         ③ 포름산           ④ 피크르산

117. CO, H2, CH4, C2H2 의 1 mol 당 연소열은 아래와 같다. 다음중 1g당 연소열의 순서가 올바른 것은 ? ②

   ① CO → H2 → CH4 → C2H2                  ② H2 → CH4 → C2H2 → CO

   ③ H2 → C2H2 → CH4 → CO                  ④ C2H2 → CH4 → H2 → CO

 [풀이] CO - 28g : 67.5/28 = 2.41 kcal/g

            H2 - 2g : 68.3 / 2 = 34.15 kcal/g

            CH4 - 16g : 213 / 16 = 13.312 kcal/g

            C2H2 - 25g : 312.4 / 26 = 12.01 kcal/g

​

118. 다음 중 흡열반응인 것은 ? ②​

  [풀이] 발열반응 : Q > 0 또는 △H < 0

             흡열반응 : Q < 0 또는 △H > 0

​

119. 물의 생성열은 68 kcal이며, 또 암모니아가 연소하는 방식은 아래와 같다. 암모니아의 생성열은 ? ①​

   ① 11 kcal             ② 22 kcal              ③ 102 kcal               ④ 193 kcal

[풀이]​

120. 다음 ⓐ, ⓑ 식을 이용하여 일산화탄소 14g이 생성될 때의 생성열로 알맞은 것은? ④​

   ① 172 kcal                ② 94 kcal              ③ 26 kcal                ④ 13 kcal

[풀이]​

121. 온도가 10 ℃ 올라 감에 따라 반응속도는 3배 빨라진다. 30℃ 일 때 보다 80 ℃ 에서는 반응속도가

        몇 배 빨라지겠는가 ? ①

   ① 35배          ② 36배 ③           37배              ④ 38배

  [풀이] 반응속도 3n배 : n = (80-30) / 10 = 5

​

122. A+B → C+D의 반응에서 A와 B의 농도가 각각 2배로 되면 반응속도는 몇 배가 되겠는가 ? ②

   ① 2배             ② 4배                  ③ 8배                    ④ 16배

[풀이] 반응속도 v = k [A] [B], 여기서 A, B는 반응물질의 농도

          ∴ V = 2 × 2 = 4배

​

123. 다음과 같은 반응에서 만약 A와 B의 농도를 둘 다 2배로 해 주면 반응속도는 몇 배가 되겠는가 ? ③

        A + 2B → 3C + 4D

  ① 2배              ② 4배                   ③ 8배                ④ 16배

  [풀이] 반응속도 v = k [A] [B]2 에서 v = k[2] [2]2 = 8배

​

124. 어떤 반응의 반응속도 정수에 대한 설명으로 다음 중 옳지 않은 것은 ? ④

  ① 일정 온도에서 일정한 값을 갖는다.

  ② 반응속도 정수의 값이 클수록 반응속도가 커진다.

  ③ 일반적으로 온도가 상승하면 반응속도 정수가 커진다.

  ④ 반응속도 정수는 비례정수이므로 온도와 농도에 관계없이 일정한 값을 가진다.

​

125. 어떤 물질의 농도가 0.050 몰/ℓ 인데 4초 후에는 0.042 몰/ℓ 로 변했다.  이 때의 반응속도는 ? ① 

  ① -0.002 몰/ℓ·s          ② -0.004 몰/ℓ·s             ③ -0.006 몰/ℓ·s                 ④ -0.008 몰/ℓ·s

  [풀이] 반응속도 v = (0.050-0.042) / 4 = 0.008/4 = 0.002 몰/ℓ·s

​

126. 초산은 용액에서 다음과 같은 평형을 이룬다. 초산의 묽은 용액에 소량의 초산나트륨 결정을 가하면 ? ②

         CH3COOH + H2O ↔ H3O+ + CH3COO-

   ① 평형상수 k값이 커진다.                       ② pH 가 증가한다.

   ③ 평형상수 k값이 작아진다.                    ④ pH가 감소한다.

 [풀이] 초산나트륨이 물에 녹으면 다음과 같이 이온화한다.

    CH3COONa → CH3COO- + Na+ 로 이온화 된다.

    CH3COO- 의 농도가 증가하게 되므로 이 농도가 감소하는 방향으로,

    즉, 역방향(←)의 반응이 진행되어 화학평형을 이루려 할 것이다.

    이런 반응의 진행으로 H3O+의 농도가 감소되고 pH의 값은 증가하게 된다.

​

127. 수소기체와 아이오딘 기체로 부터 아이오딘화수소 기체가 생길 경우 반응성분들의 농도를 시간에 따라 관찰할 때

         다음과 같은 결과를 얻었다. 이 반응의 평형상수는 얼마인가 ? ③

   ① 1.25 × 10-1            ② 5.0 × 10-2             ③ 8                   ④ 20

  [풀이] I2 + H2 → 2HI​

128. 다음 기체 반응에서 평형상태에 도달하였다. 이 가운데 일정 온도에서 압력을 변화시켜도 평형은 이동하지 않으나,

        일정 압력에서 온도를 낮추면 평형이 왼쪽으로 이동되는 것은 어느 것인가 ? ③ ​

  [풀이] 흡열반응은 온도를 낮추면 평형이 오른쪽으로 이동한다.

​

129. 다음 중 화학반응의 속도에 영향을 주지 않는 것은 ? ④

   ① 촉매            ② 압력 변화                  ③ 온도변화              ④ 형태 변화

​

130. 아이오딘화수소는 다음과 같이 분해된다. 일정한 온도에서 아이오딘화수소를 첨가하여 그 농도를 2배로 하면

        아이오딘화수소의 분해속도는 처음의 몇 배가 되겠는가 ? ②

        2HI (g) → H2 (g) → I​2 (g)

   ① 2배               ② 4배              ③ 6배                 ④ 8배

  [풀이] 반응속도 v = k [HI]2 이므로 v = k [2]2 = 4배

​

131. A와 B의 반응에서 A의 농도를 일정하게 하고 B의 농도를 두배로 해 주었더니 반응속도가 2배로 되었으며, B의 농도

        를 일정하게 하고 A의 농도를 2배로 해 주었더니 4배가 되었다. 반응속도를 나타내는 식은 몇 차 반응인가 ? ③

  ① 1차 반응               ② 2차 반응               ③ 3차 반응                ④ 4차 반응

  [풀이] v = k [A]2 [B]에서 3차 반응

​

132. 두 기체 A, B로 부터 기체 C를 합성하려 한다. 평형상태의 식  A + 2B ↔ 2C + 15kcal에서 촉매를 사용했을 때의 변화

        를 예상하면 ? ④

   ① C의 양이 2배 많아진다.              ② C의 양이 4배 많아진다.

   ③ C의 양이 적어진다.                     ④ C의 양은 변화가 없다.

  [풀이] 촉매는 반응의 속도에만 관련이 있다.

​

133. 아래의 열화학반응식을 이용하여 에탄 (C2H6) 1mol을 연소시킬 때 발생되는 열량을 계산하면 ? ②​

136. 어떤 온도에서 1 ℓ 들이 반응용기에 SO3, 1mol 을 넣고 반응시킨 다음 평형에 도달했을 때 내용물을 분석해 보았더니

         SO2 가 0.6 mol이 들어 있었다. 이 반응의 평형 상수는 얼마인가 ? ④

   ① 0.3             ② 0.4               ③ 0.6                  ④ 0.7

[풀이]​

137. 다음 화학반응의 평형상수 값은 ?

        CH3OH (g) ↔ CO (g) + 2H2 (g)

       ① 0               ② 0.01             ③ 0.5                ④ 5

[풀이]​

138. 어떤 화학반응 AB2 ↔ A2+​ + 2B- 의 평형상수는 4.0 × 10-15 이다. 이 평형상태에서 1.0몰의 AB2를 녹인 용액에 존재

        하는 B-의 농도는 ? ②

    ① 1.0 × 10-5 M             ② 2.0 × 10-5 M              ③ 3.0 × 10-5 M                ④ 4.0 × 10-5 M

[풀이] 평형상수값 k​

#산화수 #산화제 #환원제 #평형상수 #공유결합 #화학반응 #농도 #흡열반응 #발열반응

#반응속도 #생성열 #반응열 #방향족 #이성질체 #반감기 #에테르 #알코올기 #카르복실기 #알데하이드기 #에틸렌 #벤젠

평형 상수(K) = 평형에서 생성물의 농도 / 평형에서 반응물의 농도

이렇게 평형상수를 나타내자고 약속(정의)했다.

◈ 평형 상수식은 오직 화학양론에만 의존하며 반응 메커니즘과는 무관하다.

◈ 평형상수값은 평형상태에서의 농도를 측정하여 평형상수식에 대입하여 계산한 실험값이다.

    aA + bB ⇌ cC + dD

    Kc = [C]^c [D]^d / [A]^a [B]^b

“평형 상수식”은 화학량론에만 의존, 반응 메커니즘과는 무관.

⇨ 균형 맞춘 화학 반응식만 알면, 평형 상수식을 바로 쓸 수 있다.

​

   “평형 상수”는 평형에서의 농도를 “측정”하여

   평형 상수식에 대입하여 계산한 “실험값”이다.

​

[예제를 풀어 보자]

[예제 : 평형상수값을 계산하여 보자]

#평형상수 #화학반응식 #화학양론 #평형상태 #평형상수식 #농도 #화학반응

조금씩 추워지는 날씨와 함께 12월이 시작되었습니다. 날이 추워지면 난방을 하게 되죠. 난방과 관련이 있는 연소열이 생각나죠. 연소열은 화학반응에서 나타나는 반응열의 하나죠. 오늘은, 화학 반응과 반응열과

관련이 있는 ‘헤스의 법칙’에 대해 알아 봅시다.

01

헤스의 법칙

스위스에서 태어나 러시아에서 자란 화학자 저메인 헨리 헤스(Germain Henri Hess). 그는 1840년 한 논문을 발표합니다. 훗날 헤스의 법칙(Hess' law)이라고 불리게 되는 이 논문에는 “화합물의 생성과 분해 등의 과정에서 발생하는 반응열은 일정하다”라는 주장이 담겨 있는데요. 쉽게 이야기하자면, A라는 물질에서 B라는 물질로 변화할 때 나오는 반응열은 A에서 C로, C에서 B로 변화할 때 나오는 반응열의 합과 같다는 것입니다. 다른 말로는 “총 열량 보존의 법칙”이라고도 하죠.

​

“고립된 계의 에너지는 일정하다” 라는 열역학 제1법칙에 익숙하신 분들은 헤스의 법칙이 당연한 이야기를 한다고 생각하실 수도 있습니다. 하지만 헤스의 법칙은 열역학 법칙보다 ‘먼저’ 발표되어 당시에는 매우 획기적인 생각이었다고 합니다.

02

모든 화학적 반응에는 ‘이것’이 있다!

헤스의 법칙을 잘 이해하기 위해서는 ‘반응열’에 대해 알아야 하는데요. 반응열이란 화학적 반응과 함께 방출 또는 흡수되는 에너지로 화학 반응의 에너지 크기를 계산하는 데 쓰입니다. 모든 화학적 변화에는 반응열이 뒤따르는 데요. 예를 들어 수소와 산소가 결합해 물이 되는 경우에도 반응열이 존재하고, 물이 얼어 얼음이 되거나 얼음이 녹아 물이 되는 경우에도 반응열이 존재합니다.

​

반응열은 총 다섯 가지가 있습니다. 어떤 물질 1몰(mol)*이 완전 연소할 때 발생하는 열량인 ‘연소열’, 화합물 1몰이 생성될 때 흡수하거나 발생하는 ‘생성열’, 반대로 화합물 1몰이 각각의 화학물질로 분해될 때 생기는 ‘분해열’이 있습니다. 그리고 산성/염기성이 중화되어 물 1몰을 생성할 때 나오는 ‘중화열’과 어떤 물질 1몰이 용매에 녹을 때 발생하는 ‘용해열’이 있죠.

​

각 반응열은 +KJ*, 혹은 –KJ로 표현됩니다. 예를 들어 탄소(C)와 산소(O) 2개가 만나 이산화탄소가 만들어지는 과정의 경우 생성열이 발생하는데요. 열이 주변으로 발산되기 때문에 C+O2=CO2+393.5KJ 으로 표현하게 됩니다. 반대로 질소(N)와 수소(H)가 만나 암모니아가 생성되는 과정에서는 주변의 열을 흡수하기 때문에 N2+3H2=2NH3-92.2KJ 라고 표현하죠.

​

*몰(mol): 분자를 뜻하는 몰큘(molecule)에서 나온 말로 원자, 분자, 이온 등 작은 입자를 계산할 때 사용하는 물질 단위.

*KJ(킬로줄): 화학 반응 중 일어나는 반응열을 계산하는 단위로 kJ/mol(몰)의 약자이다.

03

헤스의 법칙으로 반응열 계산하기

헤스의 법칙은 일종의 수학 영역이라고 할 수 있습니다. 반응물과 생성물이 같다면, 과정이 어떻든 최종 반응열은 같다는 원리를 이용해 계산을 하기 때문이죠. 반응열의 합과 차를 이용해 생성물과 반응물의 엔탈피 차이를 계산하는 것은 방정식과 같습니다. 다만 X와 Y 대신 화학물질을 사용하는 차이가 있죠. 헤스의 법칙은 복잡한 계산이 많지만 원리만 알면 풀 수 있는 것이 많습니다. 예시와 함께 자세히 알아볼까요?

​

암모니아(NH3)와 메탄(CH4)을 이용해 시안화수소(HCN)를 생성한다고 할 때 반응열은 얼마일까요? 우리에게 주어진 식은 아래와 같습니다.

​

① N2+ 3H2→ 2NH3 -92.2 kJ ⋯ 암모니아

② C(고체) + 2H2 → CH4 -74.7 kJ ⋯ 메탄

③ 2C(고체) + H2+ N2→ 2HCN+270.3 kJ ⋯ 시안화수소

​

먼저 메탄과 암모니아의 생성 과정과 반응열을 알아야 합니다.

①번식을 변형하면 2NH3 = N2+3H2+92.2 kJ 가 되고 ②번식을 변형하면 CH4 = C(고체)+2H2+74.7 kJ이 됩니다. 계산을 쉽게 하기 위해 ②번식에 2를 곱해주면2CH4 = 2C(고체)+4H2+149.4kJ로 표현할 수 있죠. 그 다음 메탄과 암모니아의 반응식을 더하면 2NH3+2CH4 = N2+7H2+2C(고체)+241.6KJ 이 됩니다.

​

앞서 말씀드린 것처럼 반응물=생성물±반응열이므로 ③번식 등호의 앞을 메탄과 암모니아가 든 식으로 치환하려면 메탄과 암모니아를 더한 반응식에서 “2C(고체)+H2+N2”을 남겨야 합니다. 반응식에서 6H2와 반응열을 이항하면

2NH3+2CH4= N2+7H2+2C(고체)+241.6KJ

-6H2 -241.6KJ+2NH3+2CH4= N2+H2+2C(고체)

고로 2C(고체)+H2+N2 = 2NH3+2CH4-6H2-241.6KJ와 같은 식으로 정리가 됩니다. 해당 식을 ③번식에 대입하면 2NH3+2CH4-6H2-241.6KJ = 2HCN+270.3KJ로 정리할 수 있고 계산하면 2NH3+2CH4 = 2HCN+6H2+511.9KJ이 됩니다.

​

즉 NH3+CH4= HCN+3H2+255.95KJ로 기화하는 수소(H2)를 제외하면 메탄과 암모니아가 결합해 시안화수소를 형성할 때 255.95KJ의 반응열이 나온다는 것을 알 수 있습니다.

04

헤스의 법칙은 어디에 쓰일까?

​

복잡한 식 때문에 머리가 아프신가요? 화학도 어려운데, 수학처럼 계산을 해야해서 더 헷갈리실 수도 있습니다. 하지만 화학 반응을 통해 유의미한 결과를 얻기 위해서는 헤스의 법칙을 필수로 알고 있어야 합니다. 헤스의 법칙은 화학 반응에 대한 반응열을 안전하게, 그리고 빠르게 계산할 수 있게 돕는 역할을 합니다.

​

먼저 화학 반응을 보다 안전하게 할 때 쓰입니다. 예를 들어 산화질소(NO)와 같은 불안정한 중간체의 반응열을 계산할 때 쓰입니다. 폭발이나 유해성이 있는 과정을 다른 화학 반응으로 우회해 반응열을 관찰할 수도 있습니다.

​

또한 헤스의 법칙은 주로 매우 느린 반응에서 나오는 반응열을 계산할 때 쓰입니다. 예를 들어 A에서 C로 변화하는 과정이 100년이 걸린다면 A에서 C로 변화하는 과정의 반응열도 100년에 걸쳐 계산해야 할 것입니다. 반면 이 과정을 A에서 B로, B에서 C로 변화하는 각각의 과정으로 나눈다면 어떨까요? 두 과정을 동시에 진행하면서 반응열을 계산하는 시간도 단축되겠죠. 중간에 어떤 단계를 거치든 각 반응열의 합은 최종 목적지인 C에서 나타나는 반응열과 같으니까요.

​

#화학식 #반응열 #생성열 #엔탈피 #반응식 #에너지

1. 화학반응과 열출입

물질마다 가지고 있는 에너지가 다르기 때문에 화학반응이 일어날 때 열을 방출하거나 흡수한다.

발열반응에서는 반응이 일어나는 동안 주위의 온도가 높아지고 열은 반응이 일어날 때

물질에서 주위로 이동한다.

흡열반응에서는 반응이 일어나는 동안 주위의 온도가 낮아지고 열은 주위에서 화합물질로 이동한다.

ex1. 묽은 염산과 아연의 반응​

  ① 주위온도가 높아진다.

  ② 화학반응이 일어날 때 열을 방출한다.

ex2. 수산화바륨과 염화암모늄의 반응​

  ① 주위온도가 낮아진다.

  ② 화학반응이 일어날 때 열을 흡수한다.

​

2. 발열반응

 ▣ 발열반응의 특징은 다음과 같다.

   ① 화학반응이 일어날 때 열을 주위로 '방출'하는 반응이다.

   ② 물질의 에너지 총합은 반응물이 생성물 보다 크다.

   ③ 반응물의 에너지 합 > 생성물의 에너지 합

   ④ 열을 주위로 방출하여 주위의 온도가 높아진다.

 ▣ 물질이 가지고 있는 에너지는 분자운동에 의한 에너지, 분자를 이루는 원자 사이의 결합에 의한 위치에너지 등 다양한

       형태가 있다.

​

【생활속 발열반응】

  ① 철가루와 산소가 반응하여 손난로가 뜨거워진다.

  ② 가스가 연소하여 국이 끓는다.

  ③ 운동할 때 체내의 지방이 연소하여 열이 나므로 땀이 난다.

​

3. 흡열반응

  ① 화학반응을 할 때 주위로 부터 열을 흡수하는 반응이다.

      열에너지 뿐만아니라 빛에너지나 전기에너지를 흡수하는 반응도 흡열반응으로 분류한다.

       따라서 빛에너지를 흡수하는 광합성이나 전기에너지를 흡수하는 물의 전기분해도 흡열반응의 일종이다.

  ② 물질의 에너지 총합은 반응물이 생성물 보다 작다.

  ③ 반응물의 에너지합 < 생성물의 에너지 합

  ④ 열을 주위로 부터 흡수하여 주위의 온도가 낮아진다.

​

【 생활속 흡열반응 】

  ① 물이 증발하여 시원해진다.

  ② 얼음이 녹으면서 음료수가 시원해진다.

  ③ 냉각 팩 속 질산 암모늄이 물에 녹으면서 차가워진다.

​

[물질의 상태변화와 열의 출입]

 ▣ 화학반응 뿐만 아니라 상태변화와 같은 물리변화에서도 열의 출입이 따른다.

      대체로 같은 물질이더라도 상태에 따라 물질이 가진 에너지가 다르다.

      기체, 액체, 고체 순으로 에너지 함량이 크다.

      따라서 액체가 기체로 되는 기화가 일어날 때는 열을 흡수하고

      기체가 액체로 되는 액화가 일어날 때는 열을 방출한다.

​

#흡열반응 #발열반응 #화학반응 #엔탈피